Aula 17 - Graus de liberdade de robôs

Os graus de liberdade (GL ou DOF, segundo as iniciais em inglês) determinam os movimentos do braço robótico no espaço bidimensional ou tridimensional. Cada junta define um ou dois graus de liberdade, e, assim, o número de graus de liberdade do robô é igual à somatória dos graus de liberdade de suas juntas. Por exemplo, quando o movimento relativo ocorre em um único eixo, a junta tem um grau de liberdade; caso o movimento se dê em mais de um eixo, a junta tem três graus de liberdade, conforme é apresentado na figura. Observa-se que quanto maior a quantidade de graus de liberdade, mais complicadas são a cinemática, a dinâmica e o controle do manipulador. O número de graus de liberdade de um manipulador está associado ao número de variáveis posicionais independentes que permitem definir a posição de todas as partes de forma única.

Os movimentos robóticos podem ser separados em movimentos do braço e do punho. Em geral os braços são dotados de 3 acionadores e uma configuração 3GL, numa configuração que permita que o órgão terminal alcance um ponto qualquer dentro de um espaço limitado ao redor do braço. Pode-se identificar 3 movimentos independentes num braço qualquer: Vertical transversal – movimento vertical do punho para cima ou para baixo; Rotacional transversal – movimento do punho horizontalmente para a esquerda ou para a direita; Radial transversal – movimento de aproximação ou afastamento do punho.

Os punhos são compostos de 2 ou 3 graus de liberdade. As juntas dos punhos são agrupadas num pequeno volume de forma a não movimentar o órgão terminal em demasia ao serem acionadas. 

Em particular, o movimento do punho possui nomenclaturas específicas, conforme descritas a seguir, e mostradas na figura: Roll ou rolamento - rotação do punho em torno do braço; Pitch ou arfagem - rotação do punho para cima ou para baixo; Yaw ou guinada - rotação do punho para a esquerda e para a direita.

O número total de juntas do manipulador é conhecido com o nome de graus de liberdade. Um manipulador típico possui 6 graus de liberdade, sendo três para o posicionamento do efetuador dentro do espaço de trabalho, e três para obter uma orientação do efetuador adequada para segurar o objeto. 

Com menos de 6 graus de liberdade, o manipulador poderia não atingir uma posição arbitrária com uma orientação arbitrária dentro do espaço de trabalho. Para certas aplicações como, por exemplo, manipular objetos num espaço que não se encontra livre de obstáculos, poderiam ser necessários mais de 6 graus de liberdade. A dificuldade de controlar o movimento aumenta com o número de elos do braço.

Aula 16 - Anatomia dos braços mecânicos industriais

Fig. 1 – Elos e juntas num braço mecânico.

O braço robótico (Groover, 1988) é composto pelo braço e pulso. O braço consiste de elementos denominados elos unidos por juntas de movimento relativo, onde são acoplados os acionadores para realizarem estes movimentos individualmente, dotados de capacidade sensorial, e instruídos por um sistema de controle. 

O braço é fixado à base por um lado e ao punho pelo outro. O punho consiste de várias juntas próximas entre si, que permitem a orientação do órgão terminal nas posições que correspondem à tarefa a ser realizada. Na extremidade do punho existe um órgão terminal (mão ou ferramenta) destinada a realizar a tarefa exigida pela aplicação. A figura 1 mostra esquematicamente uma seqüência de elos e juntas de um braço robótico. Nos braços reais, a identificação dos elos e juntas nem sempre é fácil, em virtude da estrutura e de peças que cobrem as juntas para protegê-las no ambiente de trabalho.

Fig. 2 – Seqüência de elos numa junta de um braço robótico

Numa junta qualquer, o elo que estiver mais próximo da base é denominado elo de entrada. O elo de saída é aquele mais próximo do órgão terminal, como ilustrado na figura 2.

Num braço mecânico antropomórfico (que se assemelha ao braço humano), os elos são denominados sequencialmente de base, braço e antebraço.

Fig. 3 – Tipos de juntas empregadas em robôs

As juntas podem ser rotativa, prismática, cilíndrica, esférica, parafuso e planar. Suas funcionalidades são descritas a seguir, e na figura 4 podem ser visualizadas.

• A junta prismática ou linear: Move em linha reta. São compostas de duas hastes que deslizam entre si;

• A junta rotacional: Gira em torno de uma linha imaginária estacionária chamada de eixo de rotação. Ela gira como uma cadeira giratória e abrem e fecham como uma dobradiça;

• A junta esférica: Funciona com a combinação de três juntas de rotação, realizando a rotação em torno de três eixos;

• A junta cilíndrica: É composta por duas juntas, uma rotacional e uma prismática;

• A junta planar: É composta por duas juntas prismáticas, realiza movimentos em duas direções;

• A junta parafuso: É constituída de um parafuso que contém uma porca ao qual executa um movimento semelhante ao da junta prismática, porém, com movimento no eixo central (movimento do parafuso).

A fig. 4 Representação esquemática de juntas

Robôs industriais utilizam em geral apenas juntas rotativas e prismáticas. A junta planar pode ser considerada como uma junção de duas juntas prismáticas, e, portanto, é também utilizada. As juntas rotativas podem ainda ser classificadas de acordo com as direções dos elos de entrada e de saída em relação ao eixo de rotação. Tem-se assim as seguintes juntas rotativas:

• Rotativa de torção ou torcional T: Os elos de entrada e de saída têm a mesma direção do eixo de rotação da junta.

• Rotativa rotacional R: Os elos de entrada e de saída são perpendiculares ao eixo de rotação da junta.

• Rotativa revolvente V: O elo de entrada possui a mesma direção do eixo de rotação, mas o elo de saída é perpendicular a este.

Aula 15 - Robô do tipo Scara

F.1 – Estrutura padrão da configuração Scara

O robô do tipo Scara, assim como a configuração paralela (hexapod), está se popularizando e deixando de ser considerada como uma “configuração especial”. Desenvolvida por um grupo de empresas japonesas, Scara significa Selective Compliance Assembly Robot Arm (Braço Robótico para Montagem com Flexibilidade Seletiva)

A figura 1 ilustra a estrutura padrão de uma configuração Scara, que possui quatro graus de liberdade, sendo três deles para posicionar o punho (eixos X, Y e Z) e um para orientar a garra (ou ferramenta). A figura 1 também mostra o sistema de coordenadas global, representado pelos eixos X0, Y0 e Z0.

O elo (link) representado na cor laranja é a base do robô e é fixada ao local de trabalho. O elo roxo, que será chamado de Teta1, é ligado à base por uma junta rotacional centrada no eixo Z0. O elo vermelho, denominado de Teta2, é ligado ao elo roxo por uma outra junta rotacional. Estas duas primeiras juntas permitem o posicionamento do punho no plano XY. Na figura 1 temos Teta1 e Teta2 em suas posições iniciais. O último elo possui em sua parte inferior o punho, e está representado em amarelo. A junta entre os elos vermelho e amarelo é, na realidade, dupla. O elo amarelo desliza verticalmente em relação ao elo vermelho, permitindo o posicionamento do punho no eixo Z, e também gira em seu próprio eixo possibilitando a orientação do dispositivo que será fixado ao punho (esse movimento será denominado de Roll).

F.2 – Formação do volume de trabalho da configuração Scara.

A configuração descrita é a mais usual, mas há variantes. Há modelos onde o movimento vertical (eixo Z) é realizado pelo primeiro elo e não pelo último.

O volume de trabalho de um robô é o conjunto de todos os pontos do espaço que o seu punho pode alcançar e cada configuração possui uma forma característica. A figura 2 mostra como o volume de trabalho de um robô Scara é formado por quatro arcos de circunferência.

A análise da figura 2 inicia-se com o punho no limite superior e com Teta1 e Teta2 nas posições iniciais. Em A tem-se o limite imposto pela movimentação apenas de Teta2, que saiu de sua posição inicial (2=0º) e atingiu seu ângulo máximo. Em B Teta2 é mantido na posição final e apenas Teta1 move-se desde seu ângulo inicial (1=0º) até a posição final. Em C o movimento é realizado apenas por Teta2 que sai da sua posição final e retorna para a posição inicial. Em D é mostrado o retorno de Teta1 para a posição inicial, mas ainda na metade do trajeto, que é completado em E. Portanto, em E pode-se observar o plano superior do volume de trabalho. Com o punho na posição inferior obtém-se a mesma forma geométrica, que representa o plano de trabalho inferior. Sendo assim, em F tem-se a representação do volume de trabalho típico de um robô Scara.

Há robôs onde o eixo Z é comandado pneumaticamente e, dessa forma, tem apenas duas posições possíveis. Nestes robôs o volume de trabalho é formado apenas pelos planos superior e inferior, não podendo atingir posições intermediárias. Nos robôs com eixo Z  servo-controlado é possível posicionar o punho em qualquer ponto entre os limites superior e inferior.

F.3 – Dimensões variáveis e invariáveis da configuração Scara.

Para descrever matematicamente um robô é necessário definir as dimensões invariáveis (constantes construtivas) e as dimensões variáveis. A figura 3 apresenta, em duas vistas, as constantes L0, L1 e L2 destacadas em preto, as variáveis 1, 2 e d em azul e as coordenadas cartesianas do punho X, Y e Z, em rosa. Deve-se observar que à esquerda Teta1 e Teta2 estão na posição inicial, enquanto que o mesmo não acontece à direita. A constante L0 é a altura atingida pelo punho quando está na posição mínima. A constante L1 é o comprimento de Teta1 enquanto L2 é o comprimento de Teta2. Compare o desenho da direita com a figura 4 do artigo “Robôs Manipuladores – 1ª parte” publicado na edição no 2.

Quadro 1 – Equações da cinemática direta.

O quadro 1 apresenta as equações da cinemática direta, ou seja, dados os valores de 1, 2 e d (variáveis das juntas) é possível calcular as coordenadas cartesianas do punho.

Mas, em um programa de controle do robô há também outra necessidade de cálculo geométrico. É quando o usuário define as coordenadas cartesianas (X, Y e Z) onde deseja posicionar o punho. Nesta situação devem-se calcular os valores de 1, 2 e d necessários para atingir a posição meta. As equações que permitem esse cálculo são conhecidas como cinemática inversa, e estão apresentadas no quadro 2.

Quadro 2 – Equações da cinemática inversa.

Para um entendimento mais completo é interessante analisar as características de modelos reais. Serão usados como exemplo os robôs IBM 7535 e IBM 7545, ambos disponíveis no LAM – Laboratório de Automação da Manufatura da UNIFEI (Universidade Federal de Itajubá), onde dividem espaço com um centro de torneamento Nardini e um centro de usinagem Fadal VMC-15.

Estes robôs não são mais fabricados, mas suas características podem ser observadas em sites como << http://www.servosystems.com/used_robots_index.htm >>. Além disso, há robôs como esses em outras universidades, podendo-se citar a Unicamp e a Escola de Engenharia da USP – São Carlos. A tabela 1 apresenta as principais características desses equipamentos.

T.1 – Características dos robôs 7535 e 7545 da IBM. 

A figura 4 ilustra os três componentes dos IBM, que são o manipulador, a unidade de controle (processador) e o painel de controle. Mas, para operar o equipamento é necessário um microcomputador PC para digitar os programas, realizar a compilação e enviá-lo ao robô.

F.4 – Componentes dos robôs IBM 7535 e IBM 7545.

A figura 5 apresenta o painel de controle do IBM 7535, que possui uma tecla a menos que o 7545. Pela verificação das funções das teclas principais pode-se conhecer como é a operação deste equipamento. O teclado é de membrana e cada uma das teclas possui um LED vermelho para indicar que foi pressionado. As três teclas do canto superior direito (Power, Home e Memory) não são teclas e sim indicadores luminosos, da mesma forma que os seis indicadores de erros (SE, PF, OR, OT, TE e DE).

F.5 – Painel de controle do robô IBM 7535.

O grande botão vermelho desliga todas as saídas. Estes robôs, quando tem seus motores desenergizados, permitem que Teta1 e Teta2 sejam movimentados com as mãos, sem grande esforço. Quando este botão é pressionado fica travado. Para destravá-lo é necessário gira-lo.

Manip Power: quando o equipamento é ligado, ou após uma parada de emergência, pressiona-se esta tecla para que os servo-motores e demais dispositivos sejam energizados. O indicador luminoso Power irá ficar aceso.

Return Home: o sistema de medição destes robôs é incremental e dessa forma, quando é acionado, não sabe onde Teta1, Teta2, Roll e Eixo Z estão. É necessário iniciar o procedimento chamado de referenciamento. Ao pressionar esta tecla, os quatro eixos irão se movimentar na direção de suas respectivas posições iniciais, em busca de indicadores de posição (sensores). Para evitar colisões com dispositivos na área de trabalho, primeiramente é movimentado o eixo Z para a direção superior. Quando os quatro eixos tiverem encontrado suas marcas o equipamento estará referenciado e pronto para entrar em operação. O indicador luminoso Home se acenderá.

Reset Error: quando algum dos seis erros interrompe a execução de um programa o operador deve remover a causa do erro e, após isso, pressionar esta tecla para prosseguir. Por exemplo, quando o robô fica aguardando um sinal de um equipamento externo por um determinado tempo programado e o sinal não é enviado, ocorre um erro OT (Out Time).

On Line: permite estabelecer comunicação com o computador para envio ou recebimento de programas, ou movimentação dos eixos por meio do teclado do computador.

Off Line: encerra a conecção com o computador. É necessário estar neste estado para movimentação manual do robô ou execução de programas.

Auto: prepara o sistema para execução de programas (modo Automático).

Manual: prepara o sistema para movimentação manual.

App1 à App5: seleciona o programa armazenado em uma das cinco áreas de memória.

Start Cycle: se um programa acaba de ser selecionado ou se foi utilizada a tecla Stop Cycle, inicia a execução do programa a partir de seu início. Caso tenha sido utilizada a tecla Stop & Mem o programa é executado a partir do ponto memorizado.

Stop Cycle: interrompe a execução do programa que está sendo executado.

Stop & Mem: interrompe a execução do programa que está sendo executado e armazena a posição para reinicialização a partir deste ponto.

Step: faz o sistema entrar na execução passo-a-passo, ou seja, é necessário usar esta tecla para a execução de cada linha do programa.

As teclas que serão descritas em seguida só operam quando o sistema está em modo Manual.

Gripper Open / Gripper Close: abre e fecha a garra do robô (acionamento pneumático).

Z Up / Z Down: movimentam o eixo Z para cima e para baixo (pneumático ou servo-controlado).

1+ / 1-: movimentam Teta1 no sentido positivo ou negativo.

2+ / 2-: movimentam Teta2 no sentido positivo ou negativo.

Roll+ / Roll-: gira o eixo Z no sentido positivo ou negativo.

Rapid: utilizado com 1, 2, Roll e Z para movimentação mais rápida.

F.6 – Programa básico (que não faz nada).

Os comandos mostrados podem ser experimentados em um simulador disponível em http://www.iem.efei.br/gorgulho/robo.html para ambiente Windows. Para utilizá-lo, após iniciar o programa vá para Arquivo – Novo e será aberta uma área para digitar um programa. O simulador não permite entrar no modo de simulação sem que seja criado um programa. Pode-se então digitar um programa que não faz nada, com apenas duas linhas, como mostra a figura 6.

Depois de digitado basta usar a opção Compilar. Não havendo nenhum erro, é liberada a opção Simular. A tela de simulação está apresentada na figura 9.

F.7 – Tela de simulação com o robô desligado.

Observe que o robô está em uma posição X, Y e Roll qualquer e com o Eixo Z na posição inferior. Deve-se pressionar a tecla Manip Power para acionar o robô (o Led vermelho se acenderá). Em seguida use o botão Return Home para referenciá-lo. Observe a rotina de movimentos que é realizada.

Após o referenciamento pode-se optar por entrar no modo Auto ou Manual. A tela mostrada pela figura 10 mostra os comandos de movimentação manual. Há também a opção de clicar com o mouse em uma posição da área de trabalho para movimentar o 7535.

F.8 – Robô na posição inicial e no modo de movimentação manual.

O objetivo deste artigo foi apresentar as características de um robô de configuração Scara, bem como mostrar que as funções disponíveis no painel de controle de um equipamento deste tipo não são tão complexas quanto se pensa. É claro que os robôs mais modernos, com programação via painel e com mais graus de liberdade possuem painéis de controle proporcionalmente mais complexos. Mas certamente possuirão funções como as apresentadas, além de comandos específicos de cada configuração e fabricante.

A linguagem de programação utilizada é a AML/Entry da própria IBM. O simulador aceita todos os comandos desta linguagem, mas isso é assunto para outro artigo.

Bibliografia

Groover, M. P., Zimmers, E. W. CAD/CAM: computer-aided design and manufacturing, Prentice-Hall, 1984.

Groover, M. P., Automation, production system and computer-integrated manufacturing, Prentice-Hall, 1987.

Holzbock, W. G., Robotic technology – principles and pratice, Van Nostrand Reinhold Company, New York, 1986.

Manual de operação do IBM 7535.

*Originalmente publicado na revista Mecatrônica Atual - Nº13 - Dez/03

Aula 14 - Robô do tipo Cartesiano

Um robô cartesiano (também chamado de robô linear ) é um robô industrial cujos três principais eixos de controle são lineares (eles se movem em uma linha reta ao invés de girar) e se forma um ângulo reto a relação de cada eixo. Há três articulações deslizantes que correspondem ao movimento de cima para baixo , de dentro para fora  e da direita para esquerda, o braço possui três juntas prismáticas, cujos eixos são coincidentes com um coordenador cartesiano XYZ. Entre outras vantagens , este arranjo mecânico simplifica a solução de controle do braço robô.
Em princípio, um robô deve possuir 3 graus de liberdade (GDL) para alcançar qualquer ponto no espaço. Entretanto, ele deve ter 3 GDL adicionais para manusear um objeto no espaço.  A classe geométricas de robôs Cartesiano (ou retangular) são de geometria (x, y, z). É o modelo mais simples, e também é de fácil manuseio matemático. Esse robô é usado onde uma elevada precisão de posicionamento é necessária. Entretanto, ele tem um volume de trabalho limitado. Robôs com coordenadas cartesianas com o membro horizontal apoiado em ambas as extremidades são por vezes chamados robôs de pórtico . Eles são muitas vezes bastante grande.

Os robôs manipuladores cartesianos possuem pequena área de trabalho quando comparados com manipuladores de dimensões semelhantes, mas de diferente geometria. Porém, possuem um elevado grau de rigidez mecânica e são capazes de grande exatidão na localização do atuador. Seu controle é simples devido ao movimento linear dos vínculos e devido ao momento de inércia da carga ser fixo por toda a área de atuação.
O volume de trabalho será um paralelepípedo, ou seja, o produto das distâncias dos três eixos. Portanto, se o comprimento máximo de cada elo for “L”, então o volume será L3. Este tipo de configuração é bastante usual em estruturas industriais como: Pórticos – empregados para transporte de cargas; Sistema de Armazenamento Automático – manipulação de caixas.
Devido à simplicidade do controle e a rigidez mecânica, robôs manipuladores cartesianos são utilizados para transporte e armazenamento de cargas. Um exemplo de robô desta classe utilizado na automação de armazéns é o robô trans-elevador, utilizado para alocação e extração de objetos em armazéns verticais.
Uma aplicação comum para este tipo de robô é um computador de controle numérico ( máquina CNC) . A aplicação mais simples é utilizado em fresadoras e onde uma caneta ou um roteador traduz através de um plano xy , enquanto uma ferramenta é levantada e abaixada em uma superfície para criar um projeto preciso de desenho.

O volume de trabalho é semelhante com outros robôs do tipo cartesiano , no entanto , um robo de pórtico geralmente inclui o seu volume de trabalho a partir do exterior . Além disso , vale a pena mencionar o fato de que a única parte do robô que interfere com o seu espaço de trabalho é o eixo Z e a ferramenta .

Os robôs cartesianos são usado para retirar e colocar peças no local de trabalho, aplicação de selante, operações de montagem, manuseio de máquinas ferramentas e soldagem a arco. 

As peças identificadas pelo dispositivo de visão são removidas e classificadas pelo robô. O dispositivo de visão determina o tipo e a posição e emite a posição do movimento para o robô.

Aula 13 - Classificação geométrica de robôs

A classificação geométrica de robôs é dada em seis classes.

Configuração PPP.

Cartesiano ou retangular – geometria (x, y, z) – é o modelo mais simples, seus movimentos são ortogonais regulares, todos lineares (ou prismático), por isso recebe também a denominação de robô PPP. Esses robôs é utilizado onde há necessidade de elevada precisão, mais possui pouco volume de trabalho. Por realizar movimentos poucos complicados tem a vantagem de ser de fácil programação.
O robô de coordenadas cartesianas, utiliza três juntas lineares. É o robô de configuração mais simples, desloca as três juntas uma em relação à outra. Este robô opera dentro de um envoltório de trabalho cúbico.

Configuração RPP.

Robô Cilíndrico – Esse modelo de robô possui uma junta rotacional e duas prismática, sedo a primeira de revolução, que formará o ângulo de giro do primeiro elo com respeito a base do robô. Observa-se que o espaço de trabalho é um cilindro. Também recebe a denominação de robô RPP.
Este braço possui na base uma junta prismática, sobre a qual apóia-se uma junta rotativa (torcional). Uma terceira junta do tipo prismática é conectada na junta rotativa. Este braço apresenta um volume de trabalho cilíndrico.

Configuração Esférica.

Robô Esférico – Esse robô possui uma junta prismática e duas juntas rotacionais. As primeiras duas juntas são de revolução, a primeira faz girar o elo em relação a base, formando o Θ, a segunda faz inclinar o segundo elo em relação ao primeiro chamado de Φ, a terceira coordenada formada é prismática, aproximando ou afastando o terceiro elo do segundo, chamada de ρ. O robô esférico também é denominado robô RRP. Esse tipo de robô foi projetado para suportar grandes cargas e ter grande alcance. O volume de trabalho é um setor esférico.
Este tipo de braço robótico foi projetado para suportar grandes cargas e ter grande alcance. É bastante utilizado para carga e descarga de máquinas, embora o braço revoluto seja mais comum nestas aplicações. Ele conta com duas juntas rotativas seguida de uma junta prismática. A primeira junta move o braço ao redor de um eixo vertical, enquanto que a segunda junta gira o conjunto ao redor de um eixo horizontal. O volume de trabalho é um setor esférico, de onde este manipulador obteve seu nome. A denominação “polar” deve-se as coordenadas polares de sistemas de eixos cartesianos, caracterizadas por duas coordenadas angulares (juntas rotativas) e uma coordenada radial (junta prismática).

Configuração Paralelo.

Robô Paralelo - Estes tipos de manipuladores possuem juntas que transformam movimentos de rotação em translação, ou usam diretamente juntas prismáticas. Sua principal característica é um volume de trabalho reduzido, porém uma alta velocidade, o que o torna propício para certas atividades de montagem. Outra característica destes braços é que eles não possuem cinemática com cadeia aberta, como a maioria dos robôs industriais. Os quatro ou seis atuadores destes braços unem a base diretamente ao punho.
Estes tipos de manipuladores possuem juntas que transformam movimentos de rotação em translação, ou usam diretamente juntas prismáticas. Sua principal característica é um volume de trabalho reduzido, porém uma alta velocidade, o que o torna propício para certas atividades de montagem.Outra característica destes braços é que eles não possuem cinemática com cadeia aberta, como a maioria dos robôs industriais. Os quatro ou seis atuadores destes braços unem a base diretamente ao punho. 

Configuração do Robô SCARA.

Robô Articulado Horizontal – SCARA (Selectively Compliant Assembly Robot Arm) – Esse manipulador possui duas juntas rotacionais, que atua sempre na horizontalmente e paralelas, e uma junta prismática, denominado, portanto também de robô RRP, ou SCARA, o volume de trabalho desse robô é cilíndrico articulado.
Este é também um braço bastante utilizado, pois é compacto, tem grande precisão e repetibilidade, embora com um alcance limitado. Estas características o tornam próprios para trabalhos em montagem mecânica ou eletrônica que exigem alta precisão. Possui duas juntas rotativas e uma junta linear, que atua sempre na vertical. O volume de trabalho deste braço é cilíndrico, porém, como utiliza juntas rotativas, é também considerado articulado. O nome SCARA é um acrônimo de Selective Compliance Assembly Robot Arm, ou Braço Robótico de Montagem com Complacência Seletiva.

Configuração antropomórfica de um robô.

Robô Articulado Verticalmente (Antropomórfico) – Esse modelo possui as três juntas de rotacionais, portanto também pode ser chamado de robô RRR, esse tipo de robô é o mais versátil, portanto bastante utilizado na indústria por terem a configuração semelhante ao braço humano, assegurando maior numero de movimento em um espaço compacto, a desvantagem é a precisão, sendo menos preciso que os anteriores e para o sistema cartesiano é uma tarefa mais complexa.
Estes tipos de robôs possuem 3 juntas rotativas. Eles são os mais utilizados nas indústrias, por terem uma configuração semelhante ao do braço humano, (braço, antebraço e pulso). O pulso é unido a extremidade do antebraço, o que propícia juntas adicionais para orientação do órgão terminal. Este modelo de configuração é o mais versátil dos manipuladores, pois assegura maiores movimentos dentro de um espaço compacto. Os braços revolutos podem ser de dois tipos: cadeia aberta ou cadeia parcialmente fechada. Nos primeiros pode-se distinguir facilmente a sequência natural formada por elo-junta, da base até o punho. Nos braços de cadeia parcialmente fechada o atuador da terceira junta efetua o movimento desta por meio de elos e articulações não motorizadas adicionais.

Aula 12 - Anatomia dos robôs industriais

Um conceito importante no estudo dos robôs é o de volume de trabalho, ou seja, o conjunto de todos os pontos que podem ser alcançados pela garra de um robô, durante sua movimentação. Assim, os componentes que fazem parte do seu local de trabalho devem ser arranjados para ficarem dentro desse volume de trabalho. 

Os robôs são classificados de acordo com o volume de trabalho. Assim, existem os robôs cartesianos, cilíndricos, esféricos ou polares e os articulados ou angulares. A influência da configuração física sobre o volume de trabalho é ilustrada na figura abaixo. Observe-se que, dependendo da configuração, este volume pode ser um semi-esfera parcial (c), um cilindro (b), ou um prisma (a). Essas configurações são chamadas de clássicas ou básicas. Elas podem ser combinadas de modo a formar novas configurações.

Nos robôs reais, os limites mecânicos no movimento das juntas produzem um espaço de trabalho com contornos complexos, como é ilustrado na figura abaixo.

A grande maioria dos robôs é acionada por meio de servomotores elétricos. O acionamento elétrico, ao contrário do pneumático ou hidráulico, é mais facilmente controlável e oferece maior precisão de posicionamento.

Os robôs podem apresentar vários movimentos. Cada movimento, realizado por meio de um servomotor elétrico, corresponde ao que chamamos de grau de liberdade. Os graus de liberdade de um robô podem estar associados ao corpo ou ao punho.

Portanto, este é um robô de cinco graus de liberdade: três graus de liberdade no corpo e dois graus de liberdade no punho. Os graus de liberdade do corpo do robô definem a posição do centro da flange do punho. Assim, quando movemos os eixos A, B e C do robô, cada qual num determinado ângulo, a posição do centro da flange fica perfeitamente definida.

Conhecida essa posição, os graus de liberdade do punho (E e P) definem, então, a orientação da flange, ou seja, o ângulo que a flange forma com o antebraço do robô. 

Aula 11 - Robôs: realidade e ficção

O precursor do termo robô (Groover, 1988) foi Karel Capek, novelista e escritor de uma peça teatral da Tchecoslováquia, que usou pela primeira vez, em 1920, a palavra “robota” (serviço compulsório, atividade forçada) originando a palavra “robot” em inglês e traduzido para o português como “robô”. Diversos filmes de ficção cientifica mostraram robôs produzidos com o comportamento e a forma humana, levando muitos jovens a pesquisar e desenvolver robôs para o mundo real. 

No clássico texto futurista de ficção científica, "RUR: Robôs Universais de Rossum", escrita por Karel Capek em 1921, Capek introduziu a palavra "robô" para um mundo que ainda se recuperava dos estragos da guerra e construída em torno dele o conceito de que a humanidade iria provocar a sua própria destruição. Na peça, o jovem idealista Glória Helena chega à uma remota fábrica de robôs universais de Rossum, em uma missão para libertar os robôs. Os robôs do Velho Rossum são seres humanóides simplificados pelo homem e de natureza biológica. Glória Helena tem dificuldade em distinguir o homem da máquina. Não surpreendentemente, as coisas não saem como planejado - nem para a Glória Helena, nem para a humanidade, uma vez que os robôs percebem que, na verdade, são mais do que "aparentam ser".

Com o surgimento dos computadores na metade do século, iniciaram-se especulações em termos da capacidade de um robô pensar e agir como um ser humano. No entanto, os robôs foram, neste período, criados especialmente para executarem tarefas difíceis, perigosas e impossíveis para um ser humano. Por outro lado, eles não eram projetados com a capacidade de criar ou executar processos que não lhes foram ensinados ou programados. Assim sendo, foram as indústrias que mais se beneficiaram com o desenvolvimento da robótica, aumentando a produção e elimina do tarefas perigosas, antes executadas por seres humanos.

“Um robô é um equipamento programável, multifuncional designado a mover partes, materiais, ferramentas utilizando movimentos programados.” (Robotics Institute of America).

Os robôs industriais seguem o mesmo princípio de controle das máquinas-ferramenta CNC, mas sua estrutura mecânica é bastante diferente. Alguns conceituam robô como um manipulador mecânico reprogramável. Para outros, o robô é um mecanismo automático universal. Seja como for, a idéia principal é a de que os robôs são máquinas controladas numericamente, destinadas a executar uma grande diversidade de operações. A maior parte dos robôs, espalhados pelo mundo, desenvolve atividades de soldagem (51%), manipulação de peças (27%) pintura (11%) e montagem (7%).

Tendemos a crer que robôs são máquinas construídas à semelhança do homem, com inteligência privilegiada. Mas a tecnologia atual ainda não é capaz de igualar a realidade à ficção científica. Os robôs industriais são surdos, mudos, feios e burros. A maioria deles é cega e os poucos que possuem sistemas de visão artificial acabam distinguindo apenas contrastes entre áreas claras e escuras.

Mas os robôs atuais são máquinas bastante úteis e, desde 1961, quando o primeiro robô foi empregado numa indústria automobilística, vêm evoluindo.